CC BY
46
и информационные
технологии
О.В.ПЕРЕВЕДЕНЦЕВ,
руководитель направления «Телемедицина», ООО «Стэл-Компьютерные Системы», г.Москва
ВАРИАНТЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ ВИДЕОКОНФЕРЕНЦ-СВЯЗИ -ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ
Видеоконференции, которые в настоящее время используются для телемедицинских консультаций и дистанционного обучения, обычно проходят по простейшей схеме - соединение типа «точка-точка» двух терминалов видеоконференц-связи (ВКС) по однородному каналу связи. Технологии ВКС позволяют проводить видеоконференции с одновременным участием нескольких пользователей или соединить пользователя из IP-сети с пользователем из ISDN-сети. Для реализации этих возможностей необходимо использовать специализированные аппаратные и программные системы.
Одним из наиболее известных специализированных устройств видеоконференц-связи является Устройство Многоточечной Видеоконференции (MCU, Multi Conference Unit), которое еще называют видеосервером. MCU используются для организации сеансов видеоконференций, в которых участвуют более двух терминальных систем ВКС. Такие сеансы называют «многоточечными» сеансами ВКС.
Для чего нужны MCU? Дело в том, что в случае многоточечной связи, если не использовать специальных решений, нагрузка на каждое рабочее место растет пропорционально числу участников видеоконференции, а в целом на сеть - пропорционально его квадрату. Именно для того, чтобы справиться с огромными потоками информации, циркулирующими в сети, и используют видеосерверы. Представьте себе, что Вы участвуете в видеоконференции с 9 другими участниками одновре-
© О.В.Переведенцев, 2004 г.
менно. Ваш компьютер должен обработать 9 поступающих потоков данных от Ваших собеседников. Если же в сети стоит видеосервер, то он принимает все потоки данных на себя и посылает Вам и другим участникам видеоконференции только один, уже сформированный поток. Вычислительная нагрузка на каждую систему ВКС снизилась в 9 раз. Аналогично дело обстоит и с пропускной способностью каналов связи.
Обычно в состав MCU входит контроллер Multipoint Controller (MC) и, возможно, процессоры Multipoint Processors (MP). Контроллер MC предназначен для согласования параметров обработки аудио- и видеопотоков между терминалами. Процессоры MP занимаются коммутированием, микшированием и обработкой этих потоков. Многоточечную видеоконференцию можно проводить по различным схемам. Используются централизованные, децентрализованные и гибридные схемы.
Централизованная многоточечная конференция требует наличия устройства MCU. Каждый терминал обменивается с MCU потоками аудио, видео, данными и командами управления по схеме «точка-точка». Контроллер MC, используя протокол H.245, определяет возможности каждого терминала. Процессор MP формирует необходимые для каждого терминала мультимедийные потоки и рассылает их. Кроме того, процессор может обеспечивать преобразования потоков от различных кодеков с различными скоростями данных.
Децентрализованная многоточечная конференция использует технологию групповой адресации. Участвующие в конференции Н.323-тер-миналы осуществляют многоадресную передачу мультимедиа потока остальным участникам без посылки на MCU. Передача контрольной и управляющей информации осуществляется по схеме «точка-точка» между терминалами и MCU. В этом случае контроль многоточечной рассылки осуществляется контроллером MC.
Гибридная схема организации конференц-свя-зи является комбинацией двух предыдущих. Участвующие в конференции Н.323 терминалы осуществляют многоадресную передачу только аудио-или только видеопотока остальным участникам без посылки на MCU. Передача остальных потоков осуществляется по схеме «точка-точка» между терминалами и MCU. В этом случае действуют как контроллер, так и процессор MCU.
Другим типом специализированных устройств видеоконференций являются мультимедийные шлюзы (Gateways), которые обеспечивают передачу информации на стыке разнородных сетей. Видеоконференцию можно проводить как по IP-каналам связи, так и по высокоскоростным телефонным линиям ISDN. Для каждого типа сети используются свои протоколы, соответственно передача аудио- и видеоинформации по ним проводится в различных форматах. Для решения задачи совместимости и перекодирования аудио- и видеопотоков на стыке сетей ставят специализированный Gateway.
В IP-сетях часто применяется еще один тип систем, которые используются для обеспечения поиска станций, шлюзов и подключения к многоточечным конференциям. Они получили название Привратник (Gatekeeper) и являются Узлами управления доступом. Через Gatekeeper проходят все запросы обслуживания, при этом он выполняет функцию виртуального переключателя. Например, если администратор сети установил верхний предел на число участников конференции, при достижении этого порога узел управления доступом мо-
жет отказать в установлении соединения. К числу обязательных функций Gatekeeper относятся преобразование адресов, осуществление контроля доступа к локальной сети с использованием сообщений, управление полосой пропускания и управление зоной. Следует отметить, что Gatekeeper -рекомендуемое, но не обязательное устройство, обеспечивающее сетевое управление. Еще один механизм, повышающий эффективность видеокон-ференц-связи, может быть реализован в IP-сетях. Это режим многоадресной передачи или IP Multicast. При традиционной технологии отправитель должен послать свой пакет данных каждому получателю, то есть одна и та же информация передается много раз. При многоадресной передаче один пакет информации отправляется всем необходимым адресатам без лишнего дублирования. В результате многоадресная передача использует полосу пропускания гораздо более эффективно, поскольку всем адресатам отправляется только один поток.
Технология IP Multicast предоставляет ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционным подходом. Например, добавление новых пользователей не влечет за собой необходимое увеличение пропускной способности сети. Значительно сокращается нагрузка на посылающий сервер, который больше не должен поддерживать множество двухсторонних соединений.
IP Multicast используется и в видеоконференц-связи. При использовании традиционной технологии пропускной способности существующих каналов хватает лишь для установления связи с очень ограниченным числом получателей. Групповая адресация снимает это ограничение и получателей может быть любое количество. Это особенно актуально для организации дистанционного телемедицинского обучения, когда лекция или другая видеотрансляция может быть передана большому числу слушателей.
Ряд компаний встроили поддержку механизма IP Multicast в свои продукты видеоконференц-свя-зи. Компания VCON реализовала фирменный механизм VCON Interactive Multicast, который при-
W-ЩШШ kJH
и информационные
технологии
зван устранить главный недостаток IP Multicast -то, что пользователи остаются пассивными зрителями, то есть отсутствует механизм интерактивного взаимодействия с выступающим. Суть технологии VCON Interactive Multicast состоит в том, что каждый участник конференции попеременно может транслировать свое видео и аудио в режиме IP Multicast. Ситуация напоминает «виртуальную трибуну», на которую «поднимается» любой участник конференции, при этом остальные участники видеоконференции выступают в роли зрителей.
Главное достоинство технологии VCON Interactive Multicast состоит в том, что для проведения видеоконференции не требуется аппаратный MCU. Кроме того, по сравнению с программными реализациями MCU, обеспечивается лучшее качество видео и динамика аудио- и видеопотоков. Помимо VCON, и другие производители оснащают аналогичными механизмами свои системы видеокон-ференц-связи. Например, компания Tandberg использует механизм Tandberg Streaming.
На рынке представлено большое количество систем различных производителей, реализующих описанные выше технологии.
Одним из наиболее известных производителей оборудования ВКС является компания Polycom. После приобретения компанией Polycom производителя специализированных телекоммуникационных устройств фирмы Accord модельный ряд продуктов этой компании пополнился видеосерверами и мультимедийными шлюзами серии MGC. Устройство MGC-25 является экономичным решением с функциями сервера многоточечной видео-конференц-связи и мультимедийного шлюза. Доступны следующие конфигурации устройств: шлюзы GW1 и GW2, сервера многоточечной видео-конференц-связи IP12, IP16+, ISDN V и IP16+V, а также комбинированные устройства «сервер + шлюз» - Unified 24 и Unified 24 V.
Конструктивно MGC-25 представляют собой монтируемое в 19"-стойку устройство высотой 2U с жидкокристаллическим дисплеем и кнопочной панелью. Шлюзы позволяют одновременно под-
ключиться 12 пользователям, а MCU позволяют в одном сеансе участвовать до 16 пользователям с поддержкой функции Continuous Presence, позволяющей каждому участнику видеть одновременно несколько других участников сеанса.
Polycom поставляет и более мощные решения - сервера MGC-50 и MGC-100. Эти системы обладают уникальными возможностями по расширению функциональности и увеличению производительности. Конструктивно эти системы представляют собой 19"-базовое шасси с пассивной материнской платой для подключения модулей и плат расширения, к числу которых относятся модули управления, питания, сетевых интерфейсов, мультиплексирования, аудиокодирования, шлюзов, видеопроцессора и обмена данными.
Базовый модуль MGG100 может иметь до 84 портов с возможностью расширения системы до 1200 портов, обеспечивая проведение до 24 многоточечных сеансов одновременно. Polycom MG0100 имеет встроенный мультимедийный шлюз, который обеспечивает перекодировку видео- и аудиопотоков для семейства протоколов серии H.320/H.323. Универсальный мультимедийный шлюз MGG100 позволяет не только установить связь между абонентами, находящимися в разнородных сетях, но и выполнить перекодировку и оптимизацию с учетом различия в скоростях передачи и форматах компрессии аудио- и видеосигналов. Уникальная функция Dynamic Continuous Presence предоставляет участникам видеоконференции разнообразные возможности для аудиовизуального контакта во время многоточечного сеанса связи, позволяя динамически отображать на одном мониторе до девяти участников одновременно.
Еще один известный производитель специализированного оборудования видеоконференц-свя-зи - компания RADVISION (www.radvision.com) производит как специализированные устройства типа мультимедийных шлюзов и серверов многоточечной видеоконференции по IP-сетям, так и универсальные расширяемые системы, которые могут быть сконфигурированы под задачи пользо-
вателей. Система RADVISION VialP 100 ориентирована на небольшие сети видеоконференц-связи. Благодаря умеренной цене, простоте сопровождения и небольшим размерам, RADVISION viaIP100 отлично подходит для организации многоточечной видеоконференции с количеством участников от 3 до 20. Наиболее мощная система RADVISION ViaIP 400 является многофункциональной платформой, которая может быть сконфигурирована в зависимости от нужд пользователя.
В зависимости от состава установленных модулей ViaIP-400 может выполнять одновременно функции MCU, Gateway, сервера управления и контроллера зоны и сервера совместной работы с данными. Высокопроизводительная четырехсло-товая архитектура обеспечивает гибкость конфигурации, наращиваемость и простоту поддержки. Архитектура RADVISION ViaIP-400 подразумевает, что верхний слот шасси занят модулем viaIP mcu (устройством многоточечной видеоконференции) либо модулем viaIP Gateway (мультимедиа-шлюзом).
Остальные три слота предназначены для установки дополнительных модулей viaIP Gateway и viaIP mcu либо модулей VPS (Video Proccessing Server - модуль обработки видеопотоков) и viaIP asNT-10 (модуль поддержки сервисных приложений под Windows NT) для достижения необходимой функциональности системы.
Семейство продуктов RADVISION INVISION является экономичным решением для мультимедийных конференций, применимым в большинстве IP-и ISDN-сетей с любыми оконечными устройствами. Обеспечивается трансляция аудио-, видео- и данных между терминалами, работающими по протоколам H.320 и H.323. Устройства оформлены в компактных 19"-корпусах высотой 1U (шасси INVISION 100) и 2U (шасси INVISION 400). Системы INVISION поддерживают функции централизованного управления, серверов многоточечной конференции, мультимедийного шлюза и других приложений. INVISION Management Pack
включает в себя контроллер зоны Н.323, полный инструментарий для управления сетью видеокон-ференц-связи и планировщик конференций.
Функция Advanced Video Processing обеспечивает отображение до 16 участников в режиме Continuous Presenceс в одном из 26 вариантов конфигурирования экрана и поддержку симметричных и асимметричных скоростей передачи от ВКС-терминалов. Еще один известный производитель оборудования видеоконференц-связи - компания Ezenia! (www.ezenia.com), которая до 1999 года называлась Video Server, представляет на рынке две линейки продуктов - Encounter Server и Video Server 2000.
Encounter 3000 NetServer является сервером многоточечной видеоконференц-связи стандарта Н.323 с поддержкой до 64 пользователей в IP-сетях. Унифицированная сетевая платформа позволяет проводить видеоконференции со скоростью передачи до 1,5 Мбит/с. Сервер имеет встроенный аудиошлюз, что позволяет принимать участие в конференции с помощью телефона. Существует два варианта сервера - в исполнении для рабочей группы или для предприятия.
Encounter 3000 NetGate является мультимедийным шлюзом между IP- и ISDN-сетями. Шлюзы обеспечивают трансляцию между протоколами Н.320 и Н.323, преобразуя мультимедиа потоки, передаваемые по коммутируемым каналам, в пакеты данных для передачи по IP-сетям, и наоборот. В зависимости от комплектации они могут поддерживать до 16 соединений одновременно. Шлюзы обеспечивают передачу данных и совместное использование приложений в соответствии с протоколом T.120. Шлюзы, как и MCU, также поставляются в двух вариантах.
Ezenia! VideoServer 2000 является аппаратным решением для многоточечной видеоконференц-связи стандарта Н.320 в сетях ISDN или по выделенным каналам. Системы VideoServer 2000 выполняют автоматическую коммутацию и микширование видеоизображения, используя функцию «активация по голосу» или прямое управление ад-
W-ЩШШ kJH
и информационные
технологии
министратором конференции, поддерживается функция Continuous Presence. Системы компании Ezenia! дают широкий набор стандартов и сетевых интерфейсов. Открытая архитектура серверов позволяет добавить новую функцию путем установки дополнительной платы и программного обеспечения.
Компания Tandberg также поставляет на рынок несколько специализированных устройств видео-конференц-связи - Tandberg MCU и Tandberg Gateway. Tandberg MCU представляет собой функционально законченное устройство для организации многоточечной видеоконференц-связи с поддержкой до 16 абонентов с применением функции Continious Precence.
Конструктивно Tandberg MCU представляет собой компактное устройство для монтажа в 19"-стойку высотой 1U (4.4 см). Поддерживает режим Secure Conference, обеспечивающий шифрование видеотрафика. На сегодняшний день существуют две версии MCU - на 8 и 16 абонентов, при этом для перехода с версии на 8 абонентов достаточно программной модернизации сервера.
Шлюзы Tandberg Gateway внешне похожи на MCU. Они обеспечивают передачу данных из IP-сетей в ISDN и наоборот. Шлюзы поддерживают протокол видеокодирования H.264 для IP- и ISDN-пользователей. Их можно интегрировать в сети, содержащие оборудование видеоконференц-связи различных производителей. Шлюзы поддерживают работу на скоростях от 56 Кбит/с до 2 Мбит/с для одновременного подключения 8 абонентов. Если раньше речь шла об аппаратных серверах многоточечной видеоконференц-связи, то пришло время рассказать о программных реализациях серверов, которые по многим параметрам не уступают специализированным аппаратным системам. Одной из таких программных систем является продукт MXM компании VCON. VCON Media eXchange Manager (MXM) - новый инструментарий для управления сетью видеоконференц-связи. VCON MXM является клиент-серверным приложением, позволяющим администратору работать
со своего рабочего места со всеми сетевыми устройствами видеоконференц-связи. Использование MXM дает возможность передать множество задач управления и администрирования от персональных терминалов к центральному серверу MXM. Основными для MXM являются функции централизованного управления и администрирования, реализация сервисов телефонии, функции обеспечения качества обслуживания (QoS), служба каталогов и система отчетности.
В состав MXM входит модуль VCON Conferece Bridge (VCB), обеспечивающий возможности многоточечной видеоконференции. Этот модуль поддерживает режимы активации по голосу и Continious Precence и обеспечивает работу участников многоточечной конференции со скоростями до 1,5 Мбит/c. VCB может поддерживать до 64 участников в одной или нескольких конференциях, работающих по протоколам H.323 и H.320 через мультимедиа-шлюзы. Программное обеспечение VCB содержит планировщик видеоконференций и обеспечивает возможности конфигурирования конференции.
Продукты, аналогичные VCON MXM, есть и у других производителей. В частности, компания WhitePine разработала Meeting Point Conference Server для организации видеоконференц-связи в реальном масштабе времени. WhitePine Meeting Point Conference Server основан на программном обеспечении протокола H.323. Он позволяет группе пользователей с персональных сетевых рабочих станций общаться в реальном масштабе времени, используя совместно любую комбинацию звука, видео и Т.120 протокола для совместной обработки документов. Он также позволяет администраторам управлять сетью видеоконференц-свя-зи, предоставляя необходимую ширину полосы пропускания каналов под различные типы пакетов данных и оптимизируя использование системы в сети. Сервер поддерживает IP Multicast в целях экономии используемой полосы пропускания.
В заключение хотелось бы отметить, что если раньше видеосерверы и мультимедийные шлюзы
использовались преимущественно в крупных кор- торых применяются программные и аппаратные поративных сетях видеоконференц-связи, то сей- средства поддержки многоточечных сеансов и ин-час появляются телемедицинские проекты, в ко- теграции IP- и ISDN-сетей.
Словарь ВКС Часть 3
1. H.221 - рекомендация ITU-T «Структура кадра при предаче аудиовизуальной информации для каналов 64-1920 Kbit/s» - определяет использование B-каналов для передачи мультиплексиро-
■ ванных аудио-, видеоданных и другой информации.
2. H.261 - рекомендация ITU-T «Видеокодек для передачи аудиовидеоданных в канале P x 64 Kbit/s». H P может меняться в диапазоне от 1 до 30. Кодирование основано на ДКП, предсказании перемещения и использовании кода с переменной длиной. Рекомендация регламентирует алгоритмы кодирования для передачи видео в форматах CIF и QCIF с частотой до 30 кадр./с.
3. H.263 - рекомендация ITU-T «Кодирование видео для низкоскоростных соединений» - метод кодирования, разработанный для H.324, использующий технологию H.261 с дополнительными усо-
щ вершенствованиями.
4. H.320 - рекомендация ITU-T «Узкополосные видеотелефонные системы и терминальное оборудование» - определяет стандарты для видеоконференц-связи в сетях ISDN и им подобных.
5. H.323 - рекомендация ITU-T «Видеотелефонные системы и терминальное оборудование для И локальных сетей с негарантированным качеством услуг» (версия 2 - «Мультимедийные системы связи
для сетей с коммутацией пакетов») - определяет стандарты для видеоконференцсвязи в локальных, корпоративных и глобальных сетях с коммутацией пакетов.
6. H.324 - рекомендация ITU-T «Терминал для низкоскоростной мультимедийной связи» - опре-И деляет стандарты для видеоконференц-связи с использованием обычных телефонных линий (POTS).
7. Half duplex - Полудуплекс - двухсторонняя поочередная передача со сменой направления (в отличие от полного дуплекса).
щ 8. Hue - Оттенок - атрибут визуального восприятия цвета, в соответствии с которым цвет обла-
сти выглядит похожим на один или смесь двух из следующих цветов: красного, желтого, зеленого и синего.
■■■ 9. IMUX (Inverse Multiplexer ) - Демультиплексор - устройство для разделения одного широкополосного канала на несколько узкополосных.
■ 10. INTER (Interframe coding) - Межкадровое кодирование - кодирование последователь-jg ности кадров, основанное на передаче только изменений текущего кадра по сравнению с предшествующим.
11. INTRA (Intraframe coding) - Внутрикадровое кодирование - кодирование отдельного кадра, использующее только избыточность в изображении самого кадра. ® 12. IP (Internet Protocol) - протокол сетевого уровня, используемый в Интернете и других компь-
ютерных сетях. Обеспечивает передачу пакетов без организации соединений и гарантии доставки. j 13. ISDN (Integrated Services Digital Network) - «Цифровая сеть с интеграцией услуг». ISDN
- стандартизованный способ предоставления цифровых услуг по цифровым телефонным линиям. Основные интерфейсы - BRI и PRI.
>
W-ЩШШ kJH
и информационные
технологии
14. ITU-T (International Telecommunications Union-Telecommunications standardization sector) - Международный союз электросвязи - сектор стандартизации для телекоммуникаций; выпускает «рекомендации» для стандартных протоколов. Устаревшее название CCITT.
15. JPEG (Joint Photographic Experts Group) - Международная группа по разработке стандартов кодирования неподвижных изображений; стандарт кодирования неподвижных изображений.
16. LAN (Local Area Network) - ЛВС (Локальная Вычислительная Сеть) - сеть передачи данных, связывающая компьютеры и другие устройства, расположенные на незначительном удалении один от другого (комната, здание, предприятие) и управляемые специальной операционной системой. Устройства-шлюзы (Gateway) применяются для соединения локальных сетей в распределенную сеть и для подключения их к сетям большей протяженности (WAN).
17. MCU (Multipoint Control Unit) - устройство для реализации многоточечной аудио- и видеоконференции.
18. Modem (Modulator/Demodulator) - Модем ^одуля^/Демодулятор) - устройство, используемое для преобразования последовательности цифровых данных в аналоговый сигнал, подходящий для передачи на значительное расстояние (например, по аналоговым телефонным сетям). В точке приема выполняется обратное преобразование в цифровую форму.
19. Motion prediction - предсказание перемещения. Техника межкадрового кодирования, применяемая в кодеках для сжатия сигнала движущегося изображения. В последовательности кадров каждый пиксель на текущем кадре перемещен по сравнению с предшествующим кадром. Но соседние пиксели перемещаются практически одинаково. Кадр делится на блоки пикселей (16х16 или 8х8) и для описания движения пикселей всего блока вычисляется один вектор (motion estimation - оценка перемещения). Предсказание текущего блока, полученное из предшествующего кадра с помощью вектора перемещения (motion compensation - компенсация перемещения) сравнивается с настоящим текущим блоком и формируется, если надо, ошибка предсказания (то есть компенсация неточности предсказания). Для таких блоков передается только вектор перемещения и ошибка предсказания, что значительно экономней простой передачи содержимого блока.
20. MPEG (Motion Picture Experts Group) - Экспертная группа по разработке стандартов (MPEG) кодирования и хранения видеоизображений; стандарт (MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4) кодирования и хранения видеоизображений.
21. Multicast - Групповая рассылка - организация рассылки в IP-сети, позволяющая направить одну копию пакета всем членам группы абонентов. Принадлежность к группе должна инициироваться получателем и поддерживаться сетевым оборудованием.
22. Multicasting - Многоадресная передача - технология распространения информации в сети с коммутацией пакетов, когда один поток данных получает определенная группа пользователей сети.
23. Multimedia - Мультимедиа - данные, включающие в себя различные формы естественной информации, обычно звук и видео.
24. Multiplexing - Мультиплексирование - процесс объединения отдельных потоков или каналов в один логический поток данных таким образом, что они позднее могут быть восстановлены в прежнем виде без ошибок.
25. Multipoint - Многоточечный - термин для аудио- и видеоконференций с одновременным участием трех и более пользователей.
26. MUX (Multiplexer) - Мультиплексор - устройство для объединения нескольких узкополосных сигналов в один широкополосный.
